Рынок платиновых наночастиц — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по типу продукта (сферический, жезловый, кубический, квадратный), по конечному пользователю (автомобильная промышленность, здравоохранение, химия, текстиль и другие), по региону и конкуренции, 2019–2029 гг.

Обзор рынка

Глобальный рынок платиновых наночастиц оценивался в 283,78 млн долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет устойчиво расти в прогнозируемый период со среднегодовым темпом роста 4,17% до 2029 года. Платиновые наночастицы представляют собой сверхмалые частицы платины, обычно размером от 1 до 100 нанометров. Они обладают особыми физическими и химическими свойствами, которые отличают их от объемной платины, что делает их весьма ценными в различных приложениях. Их крошечный размер приводит к исключительно высокому отношению площади поверхности к объему, что значительно повышает их каталитическую эффективность. Сохраняя превосходную электропроводность объемной платины, эти наночастицы незаменимы в электронике и электрохимических устройствах. В зависимости от их размеров и конфигурации наночастицы платины могут проявлять уникальные оптические свойства, включая плазмонные эффекты в видимом и инфракрасном спектрах.

Используемые в первую очередь в каталитических ролях, наночастицы платины служат катализаторами в различных химических реакциях, особенно жизненно важных в автомобильной промышленности для каталитических нейтрализаторов, которые преобразуют вредные загрязняющие вещества в менее вредные вещества, в соответствии со строгими мировыми экологическими стандартами. Они в равной степени необходимы в промышленных операциях, таких как переработка нефти, производство фармацевтических препаратов и синтез химикатов, используя их обширную площадь поверхности и каталитическую эффективность.

В секторе электроники наночастицы платины находят применение в топливных элементах, батареях и датчиках благодаря своей исключительной электропроводности и стабильности. Они повышают производительность и долговечность устройств, играя ключевую роль в качестве катализаторов в топливных элементах для эффективного преобразования химической энергии в электрическую.

Несмотря на их широкое применение и многообещающие преимущества, такие проблемы, как высокие производственные затраты, связанные с платиной, и сложная нормативная база, окружающая наноматериалы, остаются значительными препятствиями. Однако ожидается, что продолжающиеся достижения в технологиях синтеза наночастиц, согласованные усилия по снижению производственных расходов и стратегическое сотрудничество между игроками отрасли и научно-исследовательскими институтами откроют новые перспективы и будут способствовать дальнейшему росту на рынке платиновых наночастиц.

Ключевые драйверы рынка

Растущий спрос на автомобильные катализаторы

Растущий спрос на платиновые наночастицы в автомобильных катализаторах является ключевым фактором в глобальной индустрии платиновых наночастиц. Правительства по всему миру вводят более строгие правила выбросов транспортных средств для борьбы с загрязнением воздуха и соблюдения экологических стандартов. Наночастицы платины являются важнейшими элементами в каталитических нейтрализаторах, необходимыми для снижения вредных выбросов бензиновых или дизельных двигателей путем катализа реакций, которые преобразуют загрязняющие вещества, такие как оксид углерода (CO), углеводороды (HC) и оксиды азота (NOx), в менее вредные вещества, такие как диоксид углерода (CO2), азот (N2) и водяной пар. Эти наночастицы известны своей долговечностью, сохраняя каталитическую эффективность, несмотря на воздействие высоких температур и едких выхлопных газов, обеспечивая долговечность каталитических нейтрализаторов в течение всего срока службы транспортного средства. По мере ужесточения стандартов топливной эффективности автопроизводители все чаще внедряют передовые технологии каталитических нейтрализаторов, использующие наночастицы платины.

Всемирный инвестиционный совет по платине (WPIC) прогнозирует рост спроса на автомобильную платину на 12% с 2021 по 2022 год, а затем на 11% с 2022 по 2023 год. Крупнейшие автопроизводители, такие как BMW и Renault, инвестируют в водородные проекты наряду с электромобилями на аккумуляторных батареях (BEV), рассматривая водородную технологию как устойчивый вариант. BMW начала мелкосерийное производство водородной модели iX5, а тестовый парк запланирован на весну 2023 года.

Автомобильная промышленность расширяется во всем мире из-за растущего потребительского спроса, экономического роста и урбанизации, что напрямую увеличивает спрос на наночастицы платины, используемые в каталитических нейтрализаторах, устанавливаемых в новых транспортных средствах. Ожидается, что глобальная тенденция к декарбонизации в автомобильном секторе будет способствовать дальнейшему росту и инновациям на мировом рынке платиновых наночастиц в ближайшие годы.

Растущий спрос на электронику и датчики

Спрос на платиновые наночастицы в электронике и датчиках обусловлен их отличительным сочетанием электрических, каталитических и биосовместимых характеристик. Поскольку электронные устройства все больше уменьшаются в размерах, требуя при этом более высокой производительности, платиновые наночастицы играют решающую роль. Их уникальные электрические и тепловые свойства делают их пригодными для различных применений, таких как проводящие пасты, печатная электроника и высокопроизводительные межсоединения. Эти наночастицы используются в проводящих чернилах и пастах для печати электронных схем на различных подложках, включая гибкие и прозрачные материалы. Эта возможность позволяет производить гибкую электронику, такую как гибкие дисплеи, носимые датчики и интеллектуальный текстиль. Высокая проводимость наночастиц платины обеспечивает надежные электрические соединения и поддерживает сложные схемы.

В сфере печатной электроники наночастицы платины выполняют функцию проводящих компонентов в процессах струйной и трафаретной печати. Они облегчают создание тонких, легких и экономичных электронных компонентов, таких как антенны RFID, сенсорные датчики и гибкие электроды для медицинских приборов. Это приложение использует масштабируемость и точность технологий печати для удовлетворения растущего спроса на интегрированные и взаимосвязанные электронные системы.

Исследование, опубликованное в ACS Publications в 2023 году Аннелис Селс и Вивеком Субраманьяном, подробно описывает разработку стабильных чернил на основе наночастиц платины для струйной печати drop-on-demand и изготовления металлических платиновых тонких пленок. Резистивный платиновый нагреватель был успешно напечатан в качестве демонстрации интеграционных возможностей чернил. Следовательно, платиновые наночернила, разработанные в этом исследовании, имеют перспективы для применения в биологии, химии и печатной электронике.

Платиновые наночастицы также демонстрируют выдающуюся каталитическую активность, что делает их весьма подходящими для газовых датчиков и биосенсоров. Они повышают чувствительность и селективность при обнаружении газов и биомолекул, тем самым продвигая диагностику здравоохранения, мониторинг окружающей среды и промышленную безопасность. По мере того, как технологические достижения продолжают прогрессировать, платиновые наночастицы позиционируются для того, чтобы играть ключевую роль в обеспечении следующего поколения электронных устройств, интеллектуальных сенсорных сетей и устойчивых энергетических решений.

Основные проблемы рынка

Экономическая эффективность

Экономическая эффективность представляет собой существенное препятствие для рынка платиновых наночастиц, влияя на их внедрение в различных отраслях. Платина, редкий и драгоценный металл, в основном добываемый в таких странах, как Южная Африка, Россия и Зимбабве, встречается редко, а ее мировые запасы ограничены, что способствует ее высокой рыночной цене.

В связи с ужесточением правил, увеличивающим спрос на металлы платиновой группы (МПГ), Всемирный совет по инвестициям в платину (WPIC) прогнозирует дефицит платины для выхлопных систем автомобилей. Он прогнозирует дефицит в размере 303 тыс. унций (приблизительно 8,5 тонн) в 2023 году, поскольку, по прогнозам, мировой спрос на платину будет расти на 19% в год, в то время как предложение, как ожидается, увеличится всего на 2%. WPIC подчеркнул, что перебои в подаче электроэнергии и техническое обслуживание рудников в Южной Африке, ведущей стране-производителе платины в мире, могут ограничить предложение.

Цена платины нестабильна из-за таких факторов, как геополитическая нестабильность, забастовки горняков, колебания спроса и изменения валютных курсов. Эта волатильность усложняет долгосрочное планирование и бюджетирование для производителей и пользователей платиновых наночастиц.

Синтез платиновых наночастиц включает в себя передовые методы, такие как химическое восстановление, золь-гель методы или электрохимическое осаждение, которые являются энергоемкими и требуют специализированного оборудования и опыта. Эти факторы способствуют повышению производственных затрат.

Достижение экономической эффективности в масштабе является сложной задачей для платиновых наночастиц. В то время как мелкомасштабное производство в лабораториях может показывать многообещающие результаты, масштабирование до промышленного уровня требует значительных инвестиций в инфраструктуру, оптимизацию процессов и внедрение строгого контроля качества. Обеспечение постоянного качества и выходов при масштабировании может быть сложным и дорогостоящим, поскольку изменения в размере частиц, форме и дисперсии влияют на каталитическую эффективность и общее качество продукта.

Конкурентные альтернативы

Конкурентные альтернативы представляют собой значительную проблему для мирового рынка платиновых наночастиц, влияя на динамику рынка, такую как ценообразование, оценки производительности и предпочтения клиентов. Другие типы наночастиц, изготовленные из таких материалов, как золото, серебро и палладий, напрямую конкурируют с наночастицами платины, часто разделяя схожие свойства, такие как каталитическая активность, электропроводность и стабильность. Например, наночастицы золота известны своими эффективными каталитическими свойствами, наночастицы серебра — своими антимикробными возможностями, а наночастицы палладия — своим каталитическим использованием в реакциях гидрирования. Эти материалы могут обеспечивать сопоставимую производительность с наночастицами платины, но потенциально по более низкой цене.

Заменители, такие как углеродные нанотрубки (УНТ) и материалы на основе графена, представляют собой еще один уровень конкуренции. Углеродные нанотрубки, известные своей исключительной механической прочностью и электропроводностью, подходят для различных применений от электроники до композитных материалов. Эти материалы обладают отличительными функциональными возможностями, которые могут либо конкурировать, либо дополнять свойства наночастиц платины в определенных приложениях.

Хотя платина является драгоценным и относительно редким металлом, альтернативы, такие как золото, серебро и материалы на основе углерода, часто более распространены или их легче производить, что приводит к снижению производственных расходов. Это преимущество в стоимости оказывает значительное влияние на динамику рынка, особенно в отраслях или приложениях, где экономическая эффективность имеет решающее значение.

Основные тенденции рынка

Рост спроса на топливные элементы

Наночастицы платины действуют как катализаторы в топливных элементах, облегчая электрохимические реакции, которые напрямую преобразуют химическую энергию (например, водорода или метанола) в электрическую энергию. Их высокое отношение площади поверхности к объему усиливает каталитическую активность, тем самым повышая эффективность преобразования энергии. Растущий спрос на топливные элементы охватывает различные секторы, включая автомобилестроение (особенно для транспортных средств на водородных топливных элементах), стационарную генерацию электроэнергии и портативные устройства. Этот спрос подчеркивает необходимость эффективных катализаторов, таких как наночастицы платины.

Топливные элементы известны своим статусом чистой энергетической технологии, вырабатывающей электроэнергию только с использованием воды и тепла в качестве побочных продуктов, без выбросов загрязняющих веществ, таких как парниковые газы или твердые частицы. Это качество делает их весьма привлекательными для приложений, в которых приоритет отдается экологической устойчивости.

Электромобили на топливных элементах с платиной (FCEV) готовы сыграть решающую роль в мировом транспорте с нулевым уровнем выбросов. Например, Anglo American Platinum сотрудничает с BMW Group и Sasol для испытания прототипа внедорожника iX5 на дорогах Южной Африки. Тем временем ученые из Технологического университета Чалмерса в Швеции в мае 2024 года смоделировали топливные элементы с низким содержанием платины для потенциального использования в водородных автомобилях. Их исследования показывают, что эти ячейки при масштабировании могут достичь эффективности, аналогичной или более высокой, чем у современных коммерческих топливных элементов, сокращая разрыв между достижениями в области материаловедения и внедрением в транспортные средства.

Текущие исследования направлены на разработку более экономически эффективных катализаторов за счет сокращения использования платины или изучения альтернативных материалов. Эти усилия направлены на снижение высокой стоимости, обычно связанной с платиной, и повышение масштабируемости технологии топливных элементов.

В мае 2023 года исследователи из Национальной химической лаборатории Индии (CSIR-NCL) и Центра наук о нано и мягких веществах (CeNS) синтезировали триметаллический катализатор PtMnCo. Этот катализатор продемонстрировал превосходную активность и высокую устойчивость к CO по сравнению с коммерчески доступными вариантами, особенно в реакциях окисления метанола на аноде прямых метанольных топливных элементов (DMFC). Такие достижения подчеркивают значительный рыночный потенциал платиновых наночастиц в топливных элементах, обусловленный расширяющимся принятием чистых энергетических решений во всем мире.

Сегментарные идеи

Сведения о типе продукта

Исходя из типа продукта, сферические стали доминирующим сегментом на мировом рынке для

Эти наночастицы широко исследуются для биомедицинского использования, особенно в точных системах доставки лекарств и передовой медицинской диагностике. Их однородный размер и форма позволяют точно контролировать кинетику высвобождения лекарств, в то время как их обширная площадь поверхности способствует эффективному связыванию биомолекул для целевой терапии и визуализации. Кроме того, сферические платиновые наночастицы известны своей стабильностью и долговечностью в различных средах. Их симметричная форма сводит к минимуму дефекты и неровности поверхности, тем самым снижая риск агрегации частиц и структурной деградации с течением времени. Эти атрибуты в совокупности подчеркивают их значимость и полезность в различных передовых приложениях.

Информация о конечном пользователе

Основываясь на конечном пользователе, сегмент здравоохранения стал доминирующим на мировом рынке платиновых наночастиц в 2023 году. Это можно объяснить критической ролью, которую эти наночастицы играют в продвижении медицинских методов лечения, диагностики и систем доставки медицинских услуг.

Обширные исследования сосредоточены на платиновых наночастицах для таргетной терапии рака, используя их способность доставлять противораковые препараты непосредственно к местам опухоли, сводя к минимуму системную токсичность. Их способность взаимодействовать с биологическими молекулами и преодолевать клеточные барьеры предполагает многообещающие достижения в методологиях лечения рака.

Информация о регионе

Основываясь на регионе, Северная Америка стала доминирующим регионом на мировом рынке платиновых наночастиц в 2023 году. Это можно объяснить передовыми технологиями, надежной инфраструктурой здравоохранения, поддерживающей нормативной базой, высоким рыночным спросом и обширными усилиями в области исследований и разработок. Северная Америка является центром технологических инноваций и исследований, особенно в области биотехнологий, здравоохранения и нанотехнологий. Эта среда способствует значительному прогрессу в синтезе, применении и коммерциализации платиновых наночастиц в различных отраслях промышленности. Регион извлекает выгоду из развитой инфраструктуры здравоохранения и надежного фармацевтического сектора, где платиновые наночастицы играют решающую роль в биомедицинских приложениях, таких как системы доставки лекарств, диагностика и терапевтическое лечение.

Эти наночастицы играют решающую роль в разработке передовых каталитических нейтрализаторов, направленных на улучшение сокращения выбросов в автомобилях и грузовиках. Растущее внедрение топливных элементов в Северной Америке также стимулирует расширение рынка. Например, в октябре 2023 года Nikola Corporation отметила коммерческий запуск Nikola Tre FCEV, электрического грузовика на водородных топливных элементах, на своем производственном предприятии в Кулидже, штат Аризона. Это подчеркивает растущее внимание региона к разработке транспортных средств на топливных элементах наряду с достижениями в секторе здравоохранения, что в совокупности стимулирует рост рынка в Северной Америке.

Последние разработки

• В апреле 2024 года компания Intelligent Energy со штаб-квартирой в Лафборо, Великобритания, представила свою новейшую разработкусистему водородных топливных элементов IE-DRIVE, предназначенную для легковых автомобилей, с платиновым катализом. Эта инновационная система использует топливный элемент с протонообменной мембраной (PEM), подчеркивая неотъемлемую роль платины. На презентации, состоявшейся в штаб-квартире Intelligent Energy, система эффективно приводила в действие внедорожник (SUV), поставленный Changan UK.

• В декабре 2023 года компания BASF Environmental Catalyst and Metal Solutions (ECMS) представила Verdium — новый подход к переработке металлов платиновой группы. UL Solutions, глобальная компания, занимающаяся наукой о безопасности, провела независимую проверку Verdium. Компания UL Solutions выступила в качестве стороннего валидатора в соответствии со своим стандартом цепочки поставок баланса масс (CoC) UL 2809-1, который соответствует Процедуре проверки экологических заявлений для определенного исходного контента, изложенной в ISO 22095. Начиная с января 2024 года Verdium стал доступен для клиентов платиновой категории в Европе и США.

Ключевые игроки рынка

• American Elements
• Nano Research Elements LLC
• TANAKA HOLDINGS Co., Ltd.
• Strem Chemicals, Inc.
• Merck KGaA
• ООО «Наношел»
• NanoComposix
• Наноструктурированные и Amorphous Materials, Inc.
• Fortis Life Sciences
• Beijing Meliorum Technologies, Inc.